水通道蛋白解讀年諾貝爾化學獎

水通道蛋白解讀年諾貝爾化學獎第1頁，共9頁，2023年，2月20日，星期六包括人類在內的各種生物都是由細胞組成的。細胞如同一個由城墻圍起來的微小城鎮(zhèn)，有用的物質不斷被運進來，廢物被不斷運出去。早在100多年前，人們就猜測細胞這一微小城鎮(zhèn)的城墻中存在著很多“城門”，它們只允許特定的分子或離子出入。2003年諾貝爾化學獎表彰的就是有關這些“城門”的研究成果。第2頁，共9頁，2023年，2月20日，星期六2003年諾貝爾化學獎授予美國科學家彼得·阿格雷和羅德里克·麥金農，分別表彰他們發(fā)現細胞膜水通道，以及對離子通道結構和機理研究作出的開創(chuàng)性貢獻。他們研究的細胞膜通道就是人們以前猜測的“城門”。第3頁，共9頁，2023年，2月20日，星期六生物體的主要組成部分是水溶液，水溶液占人體重量的70％。生物體內的水溶液主要由水分子和各種離子組成。它們在細胞膜通道中的進進出出可以實現細胞的很多功能。20世紀50年代中期，科學家發(fā)現，細胞膜中存在著某種通道只允許水分子出入，人們稱之為水通道。因為水對于生命至關重要，可以說水通道是最重要的一種細胞膜通道。盡管科學家發(fā)現存在水通道，但水通道到底是什么卻一直是個謎。第4頁，共9頁，2023年，2月20日，星期六20世紀80年代中期，美國科學家彼得·阿格雷研究了不同的細胞膜蛋白，經過反復研究，他發(fā)現一種被稱為水通道蛋白的細胞膜蛋白就是人們尋找已久的水通道。為了驗證自己的發(fā)現，阿格雷把含有水通道蛋白的細胞和去除了這種蛋白的細胞進行了對比試驗，結果前者能夠吸水，后者不能。為進一步驗證，他又制造了兩種人造細胞膜，一種含有水通道蛋白，一種則不含這種蛋白。他將這兩種人造細胞膜分別做成泡狀物，然后放在水中，結果第一種泡狀物吸收了很多水而膨脹，第二種則沒有變化。這些充分說明水通道蛋白具有吸收水分子的功能，就是水通道。第5頁，共9頁，2023年，2月20日，星期六2000年，阿格雷與其他研究人員一起公布了世界第一張水通道蛋白的高清晰度立體照片。照片揭示了這種蛋白的特殊結構只允許水分子通過。水通道的發(fā)現開辟了一個新的研究領域。目前，科學家發(fā)現水通道蛋白廣泛存在于動物、植物和微生物中，它的種類很多，僅人體內就有11種。它具有十分重要的功能，比如在人的腎臟中就起著關鍵的過濾作用。通常一個成年人每天要產生170升的原尿，這些原尿經腎臟腎小球中的水通道蛋白的過濾，其中大部分水分被人體循環(huán)利用，最終只有約１升的尿液排出人體。第6頁，共9頁，2023年，2月20日，星期六1988年，羅德里克·麥金農利用Ｘ射線晶體成像技術獲得了世界第一張離子通道的高清晰度照片，并第一次從原子層次揭示了離子通道的工作原理。這張照片上的離子通道取自青鏈霉菌，也是一種蛋白。麥金農的方法是革命性的，它可以讓科學家觀測離子在進入離子通道前的狀態(tài)，在通道中的狀態(tài)，以及穿過通道后的狀態(tài)。對水通道和離子通道的研究意義重大。第7頁，共9頁，2023年，2月20日，星期六很多疾病，比如一些神經系統(tǒng)疾病和心血管疾病就是由于細胞膜通道功能紊亂造成的，對細胞膜通道的研究可以幫助科學家尋找具體的病因，并研制相應藥物。另外，利用不同的細胞膜通道，可以調節(jié)細胞的功能，從而達到治療疾病的目的。中藥的一個重要功能是調節(jié)人體體液的成分和不同成分的濃度，這些成分可以通過不同細胞膜通道調節(jié)細胞的功能。有專家認為，對細胞膜通道的研究可以為揭示中醫(yī)藥的科學原理提供重要的途徑。第8頁，共9頁，2023年，2月20日，星期六5、水通道1991年Agre發(fā)現第一個水通道蛋白CHIP28（28KD），CHIP28的mRNA能引起非洲爪蟾卵母細胞吸水破裂，已知這種吸水膨脹現象會被